（中国广州 华电福新广州能源有限公司）
摘要：汽水参数优化与燃机排烟参数、汽机容量等级、工程业绩和初投资等因素有关，需综合考虑，追求联合循环发电热效率和初投资组合最优的汽水参数等级，经比较，得出以下结论：高温高压蒸汽参数推荐采用高参数等级，即高压主蒸汽为17.0MPa.a/600℃/610℃。
关键词：燃气；冷热电三联供；主机参数优化
1工程概况
广州增城燃气冷热电三联供工程位于广州市增城区，工程建设2台西门子SGT5－8000H重型燃机，配两台西门子SST5－5000汽轮机，组成两套“一拖一”多轴联合循环机组。
2冷热负荷
本工程冷、热负荷需求见下表：
.png)
考虑到各热用户供热距离、用汽参数和用汽特性，折算到能源站供汽参数为1.6MPa，250℃，平均工业蒸汽负荷为590t/h，最大700t/h，最小250t/h，蒸汽凝结水不回收。利用余热锅炉烟气余热来制热水，用于溴化锂制冷、生活热水，折算热水量为700t/h。
工程区域内用户的工业蒸汽热负荷属非季节性生产工艺热负荷，故全年工业热负荷的季节性差别不大。
3主机参数优化
3.1概述
联合循环的效率和“高温”循环（燃机部分）与“低温”（蒸汽部分）的效率有关，因燃机已优化为标准系列产品，本文着重于蒸汽循环部分的效率，即燃机确定后，尽可能提高联合循环机组蒸汽部分效率，蒸汽部分效率主要和以下因素有关：
余热锅炉的蒸汽压力和蒸汽温度；
余热锅炉节点温差及接近点温差；
余热锅炉的排烟温度；
尾部烟气热水换热器的设置。
3.2国外同等级主机参数概况
因国内尚无9H级燃机联合循环项目投产，下面是国外典型同类型联合循环机组的主机参数情况，作借鉴。
（1）德国巴伐利亚Irsching 4联合循环电站
工程新建一套“一拖一”单轴燃气-蒸汽联合循环机组，燃机采用西门子公司生产的首台SGT5-8000H型燃机，机组采用纯凝发电，全厂配置1台燃机、1台余热锅炉、1台汽轮机和1台发电机；于2011年7月投产，装机容量578MW，联合循环发电净效率超过60.75%，参数如下：
高压主蒸汽压力：17.0MPa.g；
高压主蒸汽温度：600℃；
高温再热蒸汽温度：600℃。
（2）德国杜塞尔多夫Lausward联合循环电站
工程新建一套“一拖一”单轴燃气-蒸汽联合循环机组，燃机采用西门子公司生产的SGT5-8000H型燃机，机组采用热电联产，发电装机容量595MW，净效率超过61%，机组提供300MW热能用于区域供暖。配置1台燃机、1台余热锅炉、1台汽轮机和1台发电机，项目于2015年9月投产，参数如下：
高压主蒸汽压力：17.0MPa.g；
高压主蒸汽温度：600℃；
高温再热蒸汽温度：600℃。
3.3国内9F等级主机参数概况
国内目前投产的最先进燃机联合循环机组为9F级及其改进型，以下是9F级主机参数概况。
（1）华能东莞热电工程
工程新建2套“一拖一”多轴燃气-蒸汽联合循环机组，燃机采用东方-三菱日立公司生产的M701F4型燃机，机组热电联产，配置2台燃机、2台燃机发电机、2台余热锅炉、2台汽轮机和2台汽机发电机。机组容量2×400MW等级，参数如下：
高压主蒸汽压力：13.6MPa.a；
高压主蒸汽温度：566℃；
高温再热蒸汽温度：566℃。
（2）华能北京热电厂三期工程
工程新建1套“二拖一”多轴燃气-蒸汽联合循环机组，燃机为三菱公司M701F5型燃机，机组热电联产，配置2台燃机、2台燃机发电机、2台余热锅炉、1台汽轮机和1台汽机发电机。机组总容量1100MW，供热能力773MW，参数如下：
高压主蒸汽压力：16MPa.a；
高压主蒸汽温度：585℃；
高温再热蒸汽温度：585℃。
3.4 汽水参数优化因素
前述，循环部分的汽水参数优化，既要借鉴同类工程经验，同时应考虑汽机厂制造能力，关键是对以下因素综合分析，得出适应燃机联合循环机组最优的汽水参数。
（1）余热锅炉及汽轮机蒸汽温度
无补燃余热锅炉高压蒸汽温度受燃机排烟温度限制。燃机选型确定后，其排气温度及流量一定。余热锅炉高压蒸汽温度一般比燃机排气温度低30-80℃。联合循环高压蒸汽温度的确定，还与余热锅炉过热器和汽轮机高压部件材料、高压蒸汽管道的材料选择的经济合理性有关。同样，低压蒸汽温度比低压过热器受热面燃气温度低11℃左右。本工程排烟温度约636℃，结合高温蒸汽参数等级，可选566℃/585℃/600℃/610℃。
余热锅炉的高压蒸汽温度，一般比汽轮机主汽门的进口温度高2-4℃；余热锅炉的低压蒸汽温度，一般比汽轮机补汽门的进口温度高2-4℃。
余热锅炉节点温差的取值将影响余热锅炉的经济性，接近点温差高低反映省煤器安全性。按常规考虑，三压再热余热锅炉的节点温差为10℃，省煤器的接近点温差为5℃。本工程的节点温差优化为8℃，省煤器的接近点温差确定为5℃，从而保证安全前提下提高余热锅炉效率。
（2）余热锅炉及汽轮机蒸汽压力
高压蒸汽压力对蒸汽的焓降、流量、汽轮机效率及末级叶片排汽湿度有不同的影响。汽轮机进汽压力过高，蒸汽量偏小，会使汽机的初始几级叶片较短，造成蒸汽做功效率降低，同时，为满足强度要求，叶片厚度增加，汽缸壁也较厚。高压蒸汽压力高，要增加锅炉的管道及联箱的金属壁厚，考虑热应力需延长启动时间。故高压蒸汽压力有一个合理范围，目前燃机联合循环高压蒸汽典型压力等级，F级燃机为超高压，H级燃机为超高压或亚临界。
低压蒸汽效率与其压力的关系随低压蒸汽压力的升高而下降的，三压再热机组低压蒸汽的压力应取较低值。但压力过低，汽轮机焓降过低，使蒸汽容积流量增大，需增大通流面积，因此低压蒸汽压力最佳值一般不应低于0.3MPa。
锅炉出口到汽轮机进口，高压蒸汽管道考虑压降3-5%，低压蒸汽管道考虑压降5-10%，再热系统总阻力约为高压缸排汽压力的8%。
（3）设置尾部烟气热水换热器
设置余热锅炉尾部烟气热水换热器充分回收利用烟气余热，提高机组综合热效率。本工程余热锅炉尾部设置烟气换热器，合理匹配供热方案，最大限度利用余热锅炉排烟余热，降低余热锅炉的排烟温度至70℃左右，提高全厂的热效率。
3.5汽水参数优化比较
对工程SGT5-8000H型燃机在额定工况汽水参数进行优化比较。经与厂家沟通，针对典型热平衡，对机组性能和初投资等影响进行综合分析，得出推荐的汽水参数等级。
SGT5-8000H型燃机汽水参数优化比较表
.png)
因SGT5-8000H型燃机的排烟温度约636℃，根据高压主蒸汽管道温度可比烟气温度低30-80℃的原则，以及同类工程经验和燃机厂推荐，高温高压蒸汽参数可取14.0MPa.a/566℃/566℃、16.5MPa.a/585℃/585℃或17.0MPa.a/600℃/610℃。
机组热耗率每降低1kJ/kWh，寿命期内节约燃料总费用约200万元。相对低参数而言，中参数的效率可以提高0.28%，热耗降低约28kJ/kWh，寿命期节约燃料总费用约5600万元，而主机和高温高压管道上升约1000万元，因此采用中参数比低参数更经济。蒸汽参数继续提高到高参数，高温材质P91升级到P92，效率可再提高0.15%，热耗再降低15kJ/kWh，寿命期节约燃料总费用约3000万元，而主机和高温高压管道上升约2200万元，因此采用高参数比中参数更经济。
综上分析，高温高压蒸汽参数推荐采用高参数等级，即高压主蒸汽为17.0MPa.a/600℃/610℃。
4结论
综上，汽水参数优化与燃机排烟参数、汽机容量等级、工程业绩和初投资等因素有关，应综合考虑，追求联合循环发电热效率和初投资组合最优的汽水参数等级，经比较，结论如下：高温高压蒸汽参数推荐采用高参数等级，即高压主蒸汽为17.0MPa.a/600℃/610℃。
论文作者:赵节坚
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
标签：蒸汽论文; 余热论文; 参数论文; 高压论文; 锅炉论文; 温度论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第21期论文;